微機(jī)系統(tǒng)原理與接口第3章

1、第第 3 3 章章 存儲器及其組成設(shè)計(jì)存儲器及其組成設(shè)計(jì)在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中,存儲器處于全機(jī)中心地位存儲器處于全機(jī)中心地位3.1 概述概述存儲器存儲器運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器輸入輸入輸出輸出存儲容量存儲容量（Memory Capacity ） H 存儲容量指存儲器可以存儲的二進(jìn)制信息量。存儲容量指存儲器可以存儲的二進(jìn)制信息量。 存儲容量存儲容量= =字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字長字長如：一個(gè)存儲器能存儲如：一個(gè)存儲器能存儲1024個(gè)字，字長個(gè)字，字長8位，則存儲器容量可位，則存儲器容量可用用 1024 8表示表示H 微機(jī)中的存儲器一般都是以字節(jié)（微機(jī)中的存儲器一般都是以字節(jié)（8 8位）進(jìn)行位）進(jìn)行編址，

2、即總是認(rèn)為一個(gè)字節(jié)是編址，即總是認(rèn)為一個(gè)字節(jié)是“基本基本”的字長。的字長。常用常用B B表示表示 H 存儲單元數(shù)一般用存儲單元數(shù)一般用K K、M M、G G、T T表示表示 1K=10241K=1024 1M=1024K=1024 1M=1024K=1024* *10241024 1G=1024M 1G=1024M 1T=1024G 1T=1024G 10000101 半半導(dǎo)導(dǎo)體體存存儲儲器器 只讀只讀 存儲器存儲器 ROM 隨機(jī)讀寫隨機(jī)讀寫存儲器存儲器RAM 掩膜掩膜ROM 可編程可編程ROM （ PROM ） 可擦除可擦除ROM （ EPPROM ） 電擦除電擦除ROM （ E2PROM

3、） 靜態(tài)靜態(tài)RAM （ SRAM ） 動態(tài)動態(tài)RAM （ DRAM ） 半導(dǎo)體存儲器半導(dǎo)體存儲器 一個(gè)基本存儲電路只能存儲一個(gè)二進(jìn)制位。一個(gè)基本存儲電路只能存儲一個(gè)二進(jìn)制位。 將基本的存儲電路有規(guī)則地組織起來，就是存儲體。將基本的存儲電路有規(guī)則地組織起來，就是存儲體。 存儲體又有不同的組織形式存儲體又有不同的組織形式： 將各個(gè)字的將各個(gè)字的同一位同一位組織在一個(gè)芯片中，如：組織在一個(gè)芯片中，如：8118 16K8118 16K* *1 1（DRAMDRAM） 將各個(gè)字的將各個(gè)字的 4 4位位 組織在一個(gè)芯片中，組織在一個(gè)芯片中， 如：如：2114 1K2114 1K* *4 4 （SRAMSR

4、AM） 將各個(gè)字的將各個(gè)字的 8 8位位 組織在一個(gè)芯片中，組織在一個(gè)芯片中， 如：如：6116 2K6116 2K* *8 8 （SRAMSRAM）。）。 為了區(qū)別不同的存儲單元，以地址號來選擇不同的存儲單元。為了區(qū)別不同的存儲單元，以地址號來選擇不同的存儲單元。 于是電路中要有于是電路中要有 地址譯碼器地址譯碼器、I/O電路電路、片選控制端片選控制端CS、輸出緩沖輸出緩沖 器器 等等三三. 存儲器（芯片）結(jié)構(gòu)與存儲原理存儲器（芯片）結(jié)構(gòu)與存儲原理單元地址單元地址00000001.XXXX存儲單元存儲單元存儲元存儲元存儲體存儲體存儲器內(nèi)部框圖存儲器內(nèi)部框圖存儲體存儲體列列地地址址譯譯碼碼地地

5、址址輸輸入入緩緩沖沖行地址譯碼行地址譯碼控控制制邏邏輯輯數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)緩緩沖沖A0An/WE/OE/CSI/O1I/Ox3.2 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的存儲器組織微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的存儲器組織 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中的存儲器處于全機(jī)中心地位現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中的存儲器處于全機(jī)中心地位 容量大，速度快，成本低容量大，速度快，成本低 為解決三者之間的矛盾，目前通常采用為解決三者之間的矛盾，目前通常采用多級存儲器體系結(jié)構(gòu)多級存儲器體系結(jié)構(gòu)，即使用即使用高速緩沖存儲器、主存儲器和外存儲器高速緩沖存儲器、主存儲器和外存儲器。 對存儲器的要求是：對存儲器的要求是： 寄存器寄存器Cache主存儲器主存儲器輔助存儲器輔助存儲器存儲器的基本組

6、織存儲器的基本組織(1) 與與CPU的連接的連接 主要是主要是 地址線、控制線、數(shù)據(jù)線地址線、控制線、數(shù)據(jù)線 的連接。的連接。(2) 多個(gè)芯片連接多個(gè)芯片連接 設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)的存儲器容量與實(shí)際提供的存儲器多有不符。實(shí)際存儲器容量與實(shí)際提供的存儲器多有不符。實(shí)際使用時(shí)，需進(jìn)行使用時(shí)，需進(jìn)行字和位擴(kuò)展字和位擴(kuò)展(多個(gè)芯片連接），組成所需要的多個(gè)芯片連接），組成所需要的實(shí)際的存儲器實(shí)際的存儲器片容量總?cè)萘靠偲瑪?shù)/例如：存儲器容量為例如：存儲器容量為8K8，若選用，若選用2114芯片芯片(1K 4)，則需要：則需要：片16284188KKA0A12D0D7（1）位擴(kuò)展法位擴(kuò)展法 只在位數(shù)方向進(jìn)行擴(kuò)展（加大

7、字長），而存儲器的字?jǐn)?shù)只在位數(shù)方向進(jìn)行擴(kuò)展（加大字長），而存儲器的字?jǐn)?shù)與存儲器芯片字?jǐn)?shù)一致。連接時(shí)將各芯片地址線的相應(yīng)位及與存儲器芯片字?jǐn)?shù)一致。連接時(shí)將各芯片地址線的相應(yīng)位及各控制線各控制線并聯(lián)并聯(lián)，而數(shù)據(jù)線分別接到數(shù)據(jù)總線的，而數(shù)據(jù)線分別接到數(shù)據(jù)總線的各位。各位。用用8K1位芯片組成位芯片組成8K8位的存儲器需要位的存儲器需要8個(gè)芯片，個(gè)芯片，各芯片地址線、各芯片地址線、CS和和WE分別連接在一起，數(shù)據(jù)線各自獨(dú)立（每片分別連接在一起，數(shù)據(jù)線各自獨(dú)立（每片1位）位）CSWE2:416K 816K 816K 816K 8（2）字?jǐn)U展法）字?jǐn)U展法僅擴(kuò)展存儲容量（單元數(shù)），而位數(shù)不變。連接時(shí)將各芯片

8、同名地址僅擴(kuò)展存儲容量（單元數(shù)），而位數(shù)不變。連接時(shí)將各芯片同名地址線、數(shù)據(jù)線、讀線、數(shù)據(jù)線、讀/寫線并聯(lián)，而使用片選信號區(qū)分各個(gè)芯片。寫線并聯(lián)，而使用片選信號區(qū)分各個(gè)芯片。如用如用16K8位的芯片組成位的芯片組成64K8位的存儲器需要位的存儲器需要4個(gè)芯片個(gè)芯片地址線地址線共需共需16根，片內(nèi)根，片內(nèi)（214=16384）14根，選片：根，選片：2根，數(shù)據(jù)線根，數(shù)據(jù)線8根，控制線根，控制線WE(1)(2)(3)(4)最低地址最高地址C000FFFF00,0000,0000,000011,1111,1111,111111114最低地址最高地址8000BFFF00,0000,0000,00001

9、1,1111,1111,111110103最低地址最高地址40007FFF00,0000,0000,000011,1111,1111,111101012最低地址最高地址00003FFF00,0000,0000,000011,1111,1111,111100001說明說明總地址總地址片內(nèi)片內(nèi)A13 A12 .A1 A0選片選片A15 A14地址片號地址空間分配表地址空間分配表 （3）字位同時(shí)擴(kuò)展法）字位同時(shí)擴(kuò)展法2. 存儲器地址譯碼方法存儲器地址譯碼方法 由于每一片存儲芯片的容量有限，因此系統(tǒng)存儲器總是由由于每一片存儲芯片的容量有限，因此系統(tǒng)存儲器總是由若干存儲芯片構(gòu)成。這就使得存儲器的地址譯碼

10、分為若干存儲芯片構(gòu)成。這就使得存儲器的地址譯碼分為片選控制片選控制譯碼譯碼和和片內(nèi)譯碼片內(nèi)譯碼兩部分。兩部分。高位地址高位地址低位地址低位地址 A0A15片內(nèi)譯碼（直接與芯片地址線連接）片內(nèi)譯碼（直接與芯片地址線連接）片選片選CPU地址地址（1）線選法）線選法用用高位地址直接高位地址直接作為芯片的片選信號，每一根地址選通一塊芯片（作為芯片的片選信號，每一根地址選通一塊芯片（無位擴(kuò)展情況）。無位擴(kuò)展情況）。例：某微機(jī)存儲容量為例：某微機(jī)存儲容量為4KB，CPU尋址空間為尋址空間為64KB（即地址總線為（即地址總線為16位），由位），由1KB的芯片構(gòu)成（片內(nèi)地址為的芯片構(gòu)成（片內(nèi)地址為10位）。位

11、）。1KB1KB1KB1KB(1)(2)(3)(4)CSCSCSCSA10A11A12A13A9-A0作為片選作為片選D7-D0芯片 地址空間地址空間A15A14A13A12A11A10 A9A8A7A6A5A4A3A2A1A016進(jìn)制地址碼進(jìn)制地址碼（1） 0 0 0 0 , 0 1 0 0 ,0 0 0 0, 0 0 0 0 0400H 0 0 0 0 , 0 1 1 1, 1 1 1 1 , 1 1 1 1 07FFH（2） 0 0 0 0 , 1 0 0 0 , 0 0 0 0 , 0 0 0 0 0800H 0 0 0 0 , 1 0 1 1 , 1 1 1 1 , 1 1 1 1

12、0BFFH（3） 0 0 0 1 , 0 0 0 0 , 0 0 0 0, 0 0 0 0 1000H 0 0 0 1 , 0 0 1 1, 1 1 1 1 , 1 1 1 1 13FFH（4） 0 0 1 0 , 0 0 0 0, 0 0 0 0, 0 0 0 0 2000H 0 0 1 0 , 0 0 1 1, 1 1 1 1, 1 1 1 1 23FFH線選法連線簡單，但地址會有重疊線選法連線簡單，但地址會有重疊.（如（如A15-A14取不同值時(shí)，各芯片對應(yīng)不同地址）取不同值時(shí)，各芯片對應(yīng)不同地址）表表1 線選法所示存儲器地址分布表線選法所示存儲器地址分布表（2）全譯碼法）全譯碼法 全譯

13、碼法除了將地址總線的低位地址直接與芯片的地址線相連之外，其全譯碼法除了將地址總線的低位地址直接與芯片的地址線相連之外，其余高位地址全部接入譯碼器，由譯碼器的輸出作為各芯片的片選信號。余高位地址全部接入譯碼器，由譯碼器的輸出作為各芯片的片選信號。8KB8KB8KB3-8譯碼器譯碼器(1)(2)(8)CSCSCSY0Y7Y1A15-A13A12-A0D7-D00000H-1FFFH2000H-3FFFHE000H-FFFFH例：某微機(jī)地址線例：某微機(jī)地址線16位，存儲容量為位，存儲容量為64KB，由，由8KB的芯片構(gòu)成（片內(nèi)地的芯片構(gòu)成（片內(nèi)地址為址為13位）。位）。（3）部分譯碼法）部分譯碼法將

14、高位地址線中的一部分進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生片選信號。該方法適用于將高位地址線中的一部分進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生片選信號。該方法適用于不需要全部地址空間的尋址能力，但采用線選法地址線又不夠用的不需要全部地址空間的尋址能力，但采用線選法地址線又不夠用的情況。情況。8KB8KB8KB2-4譯碼器譯碼器(1)(2)(4)CSCSCSY0Y3Y1A12-A0D7-D08KB(3)CSA13A14A15(不參加譯碼）不參加譯碼）Y20000H-1FFFH8000H-9FFFH2000H-3FFFHA000H-BFFFH4000H-5FFFHC000H-DFFFH6000H-7FFFHE000H-FFFFH（4）存儲器地址譯

15、碼電路設(shè)計(jì)步驟）存儲器地址譯碼電路設(shè)計(jì)步驟 根據(jù)系統(tǒng)中實(shí)際存儲器容量，確定存儲器在整個(gè)尋根據(jù)系統(tǒng)中實(shí)際存儲器容量，確定存儲器在整個(gè)尋址空間中的位置；址空間中的位置； 根據(jù)所選用存儲器芯片的容量，畫出地址分配圖或根據(jù)所選用存儲器芯片的容量，畫出地址分配圖或列出地址分配表；列出地址分配表； 根據(jù)地址分配圖或分配表確定譯碼方法并畫出相應(yīng)的根據(jù)地址分配圖或分配表確定譯碼方法并畫出相應(yīng)的地址位圖；地址位圖； 選用合適器件，畫出譯碼電路圖。選用合適器件，畫出譯碼電路圖。 存儲器地址譯碼舉例：存儲器地址譯碼舉例： 某微機(jī)系統(tǒng)地址總線為某微機(jī)系統(tǒng)地址總線為16位位(A15A0）；雙向數(shù)據(jù)總線）；雙向數(shù)據(jù)總線8

16、位位(D7D0)，控制總線中與主存有關(guān)的信號有：，控制總線中與主存有關(guān)的信號有： MREQ（存儲器請求），（存儲器請求），R/W（讀（讀/寫控制）。寫控制）。 實(shí)際存儲器地址空間分配如下：實(shí)際存儲器地址空間分配如下： 0000H1FFFH為系統(tǒng)程序區(qū)為系統(tǒng)程序區(qū)(8KB），由），由EPROM組成；組成； 2000H7FFFH為用戶程序區(qū)為用戶程序區(qū)(24KB)；由；由SRAM組成，最高組成，最高 2K地址空間為系統(tǒng)程序工作區(qū)（地址空間為系統(tǒng)程序工作區(qū)（2KB），由），由SRAM組成。組成。 現(xiàn)選用如下存儲器芯片，據(jù)此畫出地址分配圖?，F(xiàn)選用如下存儲器芯片，據(jù)此畫出地址分配圖。 EPROM：8K8

17、位位(控制端僅有控制端僅有CS)，需，需1片片 SRAM：8K8位，需位，需3片；片；2K8位，需位，需1片片8KB(EPROM)24KB （SRAM） 30KB（空）（空）2KB （SRAM）0000H1FFFH2000H7FFFHFFFFHF800H芯片號芯片號類型與容量類型與容量地址范圍地址范圍（1） EPROM8KB 0000H-1FFFH（2）SRAM 8KB2000H-3FFFH（3） SRAM 8KB4000H-5FFFH（4）SRAM 8KB6000H-7FFFH（5）SRAM 2KBF800H-FFFFH 地址分配圖地址分配圖地址分配表地址分配表系統(tǒng)尋址空間系統(tǒng)尋址空間64K

18、BA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0000 0000H1FFFH （片（片1）001 2000H3FFFH （片（片2）010 4000H5FFFH （片（片3）011 6000H7FFFH （片（片4）1 1 1 1 1 F800HFFFFH （片（片5） 畫出地址位圖畫出地址位圖8KB EPROM/SRAM片內(nèi)譯碼片內(nèi)譯碼2KB SRAM片內(nèi)譯碼片內(nèi)譯碼8KB片選譯碼片選譯碼2KB SRAM片選譯碼片選譯碼A B CY0 Y1 Y2 Y3 Y7。MREQA0 A12A0 A12A0 A12A0 A12A0 A10CSCSCSCSCSR/WR/WR/

19、WR/W 選用選用3-8譯碼器和基本門電路設(shè)計(jì)電路譯碼器和基本門電路設(shè)計(jì)電路3. 課堂練習(xí)課堂練習(xí) （1）有若干片）有若干片1K8位的位的SRAM芯片，采用字?jǐn)U展方法構(gòu)成芯片，采用字?jǐn)U展方法構(gòu)成4KB存儲器，問：需要存儲器，問：需要 片片SRAM？該存儲器需要多少？該存儲器需要多少 根地址線？參與片選的地址位至少需要根地址線？參與片選的地址位至少需要 位？位？（2）有若干片）有若干片128KB SRAM芯片，如要構(gòu)成芯片，如要構(gòu)成512KB存儲器存儲器，問，問:需要需要 片片SRAM？如該？如該512KB存儲器的起始地址存儲器的起始地址是是10000H，最后一個(gè)單元的地址是，最后一個(gè)單元的地址

20、是 H 。（3）如內(nèi)存按字節(jié)編址，用存儲容量為）如內(nèi)存按字節(jié)編址，用存儲容量為32K8的存儲芯片的存儲芯片構(gòu)成地址為構(gòu)成地址為A0000H至至EFFFFH的存儲空間，則需要多少片的存儲空間，則需要多少片？（？（ ）122448FFFF108KB8KB8KB3-8譯碼器譯碼器(1)(2)(8)CSCSCSY0Y7Y1A15-A13A12-A0D7-D0（4）已知如下電路，問第）已知如下電路，問第6個(gè)芯片的尋址范圍從個(gè)芯片的尋址范圍從 到到 。8KB(6)CSY5A000HBFFFH四、四、IBM PC/XT 的存儲器分配圖的存儲器分配圖系統(tǒng)板上的系統(tǒng)板上的RAM 256KIO通道中的擴(kuò)展通道中的擴(kuò)展R